(57)【要約】【課題】  クラッドによるＸ線の閉じ込め効果を高めることで、高い伝搬効率で位相の揃ったＸ線を導波することが可能なＸ線導波路を提供する。【解決手段】  屈折率実部の異なる複数の物質が周期的に配置されたコアと、前記コアの外側に、Ｘ線を全反射によってコア内に閉じ込めるクラッドを有するＸ線導波路であって、  前記Ｘ線導波路のコアとクラッドとの界面における入射Ｘ線の全反射臨界角は、同じ波長のＸ線に対して、該コアの周期構造に対応するブラッグ角よりも大きく、前記屈折率実部の異なる複数の物質間における全反射臨界角は、同じ波長のＸ線に対して、前記コアの周期構造に対応するブラッグ角よりも小さく、前記コアは、前記クラッドと接触していない部位の表面に、前記コアを外環境から遮断する封止部材を有することを特徴とするＸ線導波路。【選択図】  図１
2013117445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率実部の異なる複数の物質が周期的に配置されたコアと、
前記コアの外側に、Ｘ線を全反射によってコア内に閉じ込めるクラッドを有するＸ線導波路であって、
前記Ｘ線導波路のコアとクラッドとの界面における入射Ｘ線の全反射臨界角は、同じ波長のＸ線に対して、該コアの周期構造に対応するブラッグ角よりも大きく、
前記屈折率実部の異なる複数の物質間における全反射臨界角は、同じ波長のＸ線に対して、前記コアの周期構造に対応するブラッグ角よりも小さく、
前記コアは、前記クラッドと接触していない部位の表面に、前記コアを外環境から遮断する封止部材を有することを特徴とするＸ線導波路。
【請求項２】
前記コアは、少なくとも一部が多孔質材料からなることを特徴とする請求項１に記載のＸ線導波路。
【請求項３】
前記多孔質材料は、平均細孔径が２ｎｍ以上５０ｎｍ以下のメソポーラス材料であることを特徴とする請求項２に記載のＸ線導波路。
【請求項４】
前記メソポーラス材料は、メソポーラスシリカであることを特徴とする請求項３に記載のＸ線導波路。
【請求項５】
前記Ｘ線導波路は、以下に示す式を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＸ線導波路。
αａｉｒ×Ｌ＜αｓ１×ｔ１＋αｓ２×ｔ２
（ここでαａｉｒは空気のＸ線吸収係数、αｓ１は導波路入射側に形成した封止部材のＸ線吸収係数、αｓ２は導波路出射側に形成した封止部材のＸ線吸収係数、ＬはＸ線の導波方向の導波路のコア部の長さ、ｔ１は導波路入射側に形成した封止部材の厚さ、ｔ２は導波路出射側に形成した封止部材の厚さをそれぞれ示す）
【請求項６】
前記封止部材は、前記多孔質材料と接する部位において、該多孔質材料の空孔内部に該封止部材が侵入している箇所を有していることを特徴とする請求項２に記載のＸ線導波路。
【請求項７】
Ｘ線光源と、Ｘ線導波路を有するＸ線導波システムにおいて、
前記Ｘ線導波路は、請求項１乃至６に記載のいずれか一項のＸ線導波路であることを特徴とするＸ線導波システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線導波路およびＸ線導波システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線は、医療、非破壊検査、結晶構造解析等の分野で広く利用されている。Ｘ線のような数１０ｎｍ以下の短い波長の電磁波に対する異物質間の屈折率差は非常に小さいために、このような電磁波をコントロールするためには、大型の空間光学系が用いられている。主流であるこのような空間光学系に対し、最近、光学系の小型化、高機能化を目指し、薄膜や多層膜中に電磁波を閉じ込めて伝播させる、Ｘ線導波路の研究が行われている。非特許文献１には、Ｎｉと炭素の多層膜からなるＸ線導波路が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ，Ｖｏｌｕｍｅ  ６２，ｐ．１６９３９（２０００）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１は、ニッケルよりなるクラッドと、炭素よりなるコアを有するＸ線導波路について記載している。非特許文献１に記載されたＸ線導波路は、炭素とニッケルとの界面の全反射によりＸ線を閉じ込めて導波し、複数の導波路が積層されたものとして機能する。このために、クラッドに挟まれたコアの組み合わせが一組の導波路（以下、「単層導波路」と記載する）と比較して大きな光量のＸ線を導波することが可能となる。
【０００５】
しかし、このような構成のＸ線導波路は、積層された導波路構成のそれぞれ（コアとそれを挟み込むクラッドの組）が別個の単層導波路として機能する。そのために、全体として出射されるＸ線の位相が揃う、集光、発散抑制効果を持つといった、単層導波路の長所を低減してしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のＸ線導波路は、屈折率実部の異なる複数の物質が周期的に配置されたコアと、
前記コアの外側に、Ｘ線を全反射によってコア内に閉じ込めるクラッドを有するＸ線導波路であって、
前記Ｘ線導波路のコアとクラッドとの界面における入射Ｘ線の全反射臨界角は、同じ波長のＸ線に対して、該コアの周期構造に対応するブラッグ角よりも大きく、
前記屈折率実部の異なる複数の物質間における全反射臨界角は、同じ波長のＸ線に対して、前記コアの周期構造に対応するブラッグ角よりも小さく、
前記コアは、前記クラッドと接触していない部位の表面に、前記コアを外環境から遮断する封止部材を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、クラッドによるＸ線の閉じ込め効果を高めることで、高い伝搬効率で位相の揃ったＸ線を導波することが可能なＸ線導波路を提供することができる。また、長期にわたってＸ線導波路の特性を維持することができるＸ線導波路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】封止部材を有する、本発明の周期共鳴Ｘ線導波路の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明のＸ線導波路の概念図である。
【図３】有効伝搬角度θの概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のＸ線導波路は、コアと、コアの外側に形成されたクラッドが下記の関係を有していることを特徴とする。また、Ｘ線導波路のコアは、クラッドと接触していない部位の表面に、コアを外環境から遮断する封止部材を有することを特徴とする。Ｘ線導波路のコアとクラッドは、コアとクラッドとの界面における入射Ｘ線の全反射臨界角が、同じ波長のＸ線に対して、コアの周期構造に対応するブラッグ角よりも大きい。また、屈折率実部の異なる複数の物質間における全反射臨界角は、同じ波長のＸ線に対して、コアの周期構造に対応するブラッグ角よりも小さい。このようなＸ線導波路は、クラッドによるＸ線の閉じ込め効果を高めることで、高い伝搬効率で位相の揃ったＸ線を導波することが可能である。さらにこのＸ線導波路のコアのうち、クラッドと接触していない部位の表面に封止部材を有することにより、コア部に含まれる微細細孔への水分子の吸着や、コア部を形成する材料の酸化や吸湿などによる化学変化を抑制する。その結果、湿気を含むような外環境にＸ線導波路が曝露される状況があった場合でも、Ｘ線導波路のコア部の構造、及び状態の変化が抑制され、長期にわたってＸ線導波路の特性を維持することができる。
【００１０】
本発明の実施の形態について、以下の項目（１）Ｘ線、（２）周期共鳴Ｘ線導波路、（３）クラッド、（４）コア、（５）封止部材について、に分けて説明する。
【００１１】
（１）Ｘ線
本発明のＸ線導波路で導波するＸ線について説明する。本発明において、Ｘ線とは物質の屈折率実部が１以下となる波長帯域の電磁波を言う。具体的には、本発明におけるＸ線とは、波長が１ｐｍ以上、極端紫外光（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ（ＥＵＶ）光）を含む１００ｎｍ以下の波長の電磁波を言う。本明細書において、単に電磁波という場合、上記Ｘ線のことと同義で用いる場合がある。
【００１２】
Ｘ線のような短い波長の電磁波の周波数は非常に高く、物質の最外殻電子が応答できないため、紫外光の波長以上の波長をもつ電磁波（可視光や赤外線）の周波数帯域と異なり、Ｘ線に対しては物質の屈折率の実部が１より小さくなることが知られている。このようなＸ線に対する物質の屈折率ｎは一般的に、下記の式（１）で表されるように、実数部の１からのずれ量δ、吸収に関係する虚数部のβ’を用いて表される。
【００１３】
【数１】
2013117445.tif 000003
【００１４】
δは物質の電子密度ρｅに比例するため、電子密度の大きい物質ほど屈折率の実部が小さくなる。屈折率実部ｎ’は、１−δとなる。さらに、ρｅは原子密度ρａと原子番号Ｚに比例する。このようにＸ線に対する物質の屈折率は複素数で表されるが、その実部を本明細書中では屈折率実部または屈折率の実部と称し、虚部を屈折率虚部または屈折率の虚部と称する。たとえば、Ｘ線は、真空中を伝搬する場合に屈折率実部が最大となり、一般的環境下では気体でないほぼすべての物質に対して空気の屈折率実部が最大となる。本明細書中においては、『物質』と言った場合には、空気や真空も包含するものとする。したがって、メソ構造体やメソポーラスは、単一な材料で構成されている場合でも空気や真空からなる屈折率の異なる部分を有するので、複数の物質から構成されているものとする。
【００１５】
（２）周期共鳴Ｘ線導波路
本発明の周期共鳴Ｘ線導波路は、クラッドでの全反射によりＸ線をコアに閉じ込めてＸ線を導波させるものであり、コアが屈折率実部の異なる複数の物質を含む周期構造を有することで、後述する周期共鳴導波モードを発現するものである。そしてこの周期共鳴Ｘ線導波路では、コアとクラッドの界面での全反射臨界角が、コアの周期構造の周期性に起因するブラッグ角よりも大きいことを特徴とする。図２には、この周期共鳴Ｘ線導波路の概念図を示す。この周期共鳴Ｘ線導波路は、コア２００１が、クラッド２００２とクラッド２００３に挟まれた形態である。そしてこのコア２００１は、高屈折率実部をもつ物質の層２００５と低屈折率実部をもつ物質の層２００６とによりなる単位構造２００４が、積層、構成されている。本発明の周期共鳴Ｘ線導波路のコアに含まれる周期構造は一次元から三次元のいずれの周期構造を用いてもよいが、ここでは理解を容易とするために、例えば多層膜のような一次元の周期構造を用いて説明を行う。図２で、２００７はクラッドとコアの界面における全反射臨界角、２００８はブラッグ角、２００９は単位構造中の物質界面における全反射臨界角を表す。
【００１６】
図２において、クラッドとコアの界面における全反射臨界角θｃ−ｔｏｔａｌ、多層膜中の基本構造をなす各層の界面での全反射臨界角θｃ−ｍｕｌｔｉ、多層膜の周期性に起因するブラッグ角θＢの例を示してある。本明細書中ではこれらの角度は、膜の面に平行な方向を０°として表現されるものとする。図２において、矢印はＸ線の進行方向を示す。
【００１７】
クラッドとコアの界面におけるクラッド側の物質の屈折率実部をｎｃｌａｄ、コア側の物質の屈折率実部をｎｃｏｒｅとした場合の、膜の面に平行な方向からの全反射臨界角θｃ−ｔｏｔａｌ（°）は、ｎｃｌａｄ＜ｎｃｏｒｅとして、下記の式（２）
【００１８】
【数２】
2013117445.tif 000004
【００１９】
で表される。
【００２０】
コアの１次元周期構造の周期をｄ、コアである周期構造の平均屈折率実部をｎａｖｇとした場合、コア中での多重回折の有無に関わらず次の式（３）のようにおおよそのブラッグ角θＢ（°）が定義される。
【００２１】
【数３】
2013117445.tif 000005
【００２２】
ｍは定数、λはＸ線の波長である。
【００２３】
このＸ線導波路を構成している物質の物性パラメータ、導波路の構造パラメータ、およびＸ線の波長は、次の式（４）を満たすように設計されているものとする。
【００２４】
【数４】
2013117445.tif 000006
【００２５】
式（４）を満たすことにより、周期構造体を含むコアがもつ周期性に起因するブラッグ角付近などの有効伝搬角度をもつ導波モードを、常にクラッドによりコアに閉じ込め、Ｘ線の伝搬に寄与させることができる。ここで、本明細書中において有効伝搬角度θ’（°）は、導波モードの伝搬方向の波数ベクトル（伝搬定数）ｋｚ、真空中の波数ベクトルｋ０を用いて下記の式（５）で表されるものとする。連続条件によりｋｚは各層の界面で一定なので、図３に示すように、有効伝搬角度θ’（°）は、導波モードの基本波の伝搬定数ｋｚと真空中の波数ベクトルｋ０との間で定義される角度で、導波モードの基本波が真空中で進行する角度を表している。これは近似的にコア中での導波モードの基本波の伝搬角度を表すと考えることができるため、今後の説明に用いることとする。
【００２６】
【数５】
2013117445.tif 000007
【００２７】
ここでは、コアに含まれる周期構造体は、屈折率実部の異なる複数の物質の膜が周期的に積層された多層膜様のものを想定する。このとき、隣り合う膜界面においては、屈折率実部の違いによる全反射臨界角が存在する。これをθｃ−ｍｕｌｔｉ（°）とする。
【００２８】
【数６】
2013117445.tif 000008
【００２９】
上記の式（６）を満たして、多層膜中の全反射臨界角が多層膜の周期性に起因するブラッグ角よりも小さい場合には、ブラッグ角付近以上の角度で多層膜中の界面に入射されるＸ線は全反射を起さず、部分的な反射または屈折を起こすこととなる。多層膜は複数の異なる屈折率実部の周期的に積層された膜により構成されているので、界面も積層方向に複数存在し、多層膜内部のＸ線はこれら界面において反射、屈折を繰り返すこととなる。多層膜内部でのＸ線のこのような反射、屈折の繰り返しは多重干渉を引き起こす。その結果、多層膜の周期構造に共鳴できる条件をもつＸ線、すなわち多層膜内部で存在できる伝搬モードが形成され、その結果、このＸ線導波路構造のコア中に導波モードが形成されることになる。これを周期共鳴導波モードと称する。
【００３０】
このような周期共鳴導波モードはそれぞれ有効伝搬角度をもち、最も小さな有効伝搬角度をもつ周期共鳴導波モードの有効伝搬角度は多層膜のブラッグ角付近に現れることになる。周期共鳴導波モードは多層膜を周期数無限の一次元フォトニック結晶として考えた場合の最低次バンドを満たす伝搬モードに相当し、この伝搬モードがクラッドとコアとの界面での全反射により閉じ込められたものとなる。
【００３１】
現実の一次元周期構造では、その周期数は有限であるため、そのフォトニックバンド構造は無限周期の一次元周期構造のフォトニックバンド構造からずれてくるが、周期数が増えるほど導波モードの特性は無限周期のフォトニックバンド上のそれに近づくことになる。ブラッグ反射は周期性によるフォトニックバンドギャップの効果により引き起こされ、そのブラッグ反射を与える角度であるブラッグ角は周期共鳴導波モードの有効伝搬角度よりやや大きい角度となる。
【００３２】
周期構造のフォトニックバンド構造において、フォトニックバンドギャップ端に、周期構造に共鳴する導波モードが存在する。Ｘ線のエネルギーが一定として導波モードの有効伝搬角度を考えた場合、これらの導波モードのうち相対的に小さい有効伝搬角度をもつ導波モードが、最低次の周期共鳴導波モードである。周期共鳴導波モードの電場強度の空間的分布プロファイルでは、電場強度の腹の数は基本的に、多層膜の周期数と一致する。高次のブラッグ角に相当する有効伝搬角度をもつ、高次の周期共鳴導波モードの腹の位置は、基本的に周期数の２以上の自然数倍となる。
【００３３】
また有限の周期数をもつ多層膜においては、上記のような周期共鳴導波モードのもつ有効伝搬角度以外の角度で伝搬する導波モードも存在し得る。これらは周期共鳴導波モードではなくコアである多層膜全体を、屈折率実部が平均化された均一媒質として考えた場合に存在する導波モードで、基本的にはその特性に対する多層膜の周期性の影響は少ない。一方、このＸ線導波路の構成で実現される周期共鳴導波モードでは、周期構造の周期数が増えるほど、より多層膜であるコアの中心へ電場が集中し、クラッドへの染み出しも少なくなり、Ｘ線の伝搬損失が小さくなる。また、電場強度分布の包絡曲線はコアの中央に偏った形状となり、よりクラッドへのしみ出しによる損失が小さくなる。さらに、このＸ線導波路中で用いられる周期共鳴導波モードの位相は、周期性の高い方向、つまりクラッドとコアの界面に垂直かつ導波方向に垂直な方向において揃ったものとなり、空間的なコヒーレンスを有することができる。ここで、導波モードの位相がそろうということは、導波方向に垂直な面内での電磁場の位相差が０であるということだけではなく、周期構造の空間的な屈折率分布に対応して電磁場の位相差が周期的に−πと＋πの間で変化していることをも意味する。この周期共鳴導波モードは、導波方向に垂直な方向において、電場の位相が周期構造の周期と同じ周期で−πと＋πの間で変化しているものとなる。
【００３４】
（３）クラッド
本発明の周期共鳴Ｘ線導波路は、クラッドでの全反射によりＸ線をコア（および平坦化層）に閉じ込めてＸ線を導波させる。Ｘ線の領域においては、電子密度の大きい物質ほど屈折率の実部が小さくなる。そのためにクラッドに用いられる材料としては、電子密度の大きな金属を用いることができる。具体的には、Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｗ，Ｔａ，Ｈｇ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｂ，Ｍｏの単体、またはこれらの元素を含む材料を用いることが好ましい。このような材料を用いたクラッドは、スパッタリング、蒸着等によって形成することができる。このクラッドの厚さは、コアにＸ線を十分に閉じ込められる程度に厚く、コスト、製造の観点から薄いことが求められる。クラッドの厚さは、１ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下がより好ましい。クラッドは、周期共鳴Ｘ線導波路内で膜厚分布をもって形成することも好ましく行われる。例えば、クラッド表面からの入射を積極的に行わせる目的で、入射領域において膜を薄く形成して導入効率を向上させつつ、その他の領域では、膜を厚く形成してＸ線の閉じ込め効果を高めることが好ましく行われる。
【００３５】
（４）コア
本発明において、コアは、屈折率実部が異なる複数の物質からなる周期構造を備えている。本発明において屈折率実部が異なる複数の物質とは多くの場合電子密度が異なる二種以上の物質である。周期構造は、一次元から三次元の周期構造であればよいが、Ｘ線の導波方向に垂直な面内での周期性を有するものとする。このような周期構造は、フォトリソグラフィーや電子ビームリソグラフィー、エッチングプロセス、積層や貼り合わせ等の従来の半導体プロセスによっても作製可能である。たとえば、周期構造が一次元の場合には、この周期構造は、多層膜として構成することができる。この場合、多層膜を形成する方法としては、交互蒸着やスパッタ法などがある。
【００３６】
このような屈折率実部が異なる物質は、無機物、有機物の固体材料のほかに、気体、真空でもよい。また、これらの物質を組み合わせて用いることも好ましい。無機物としては、ホウ素、ホウ素化合物、ベリリウム、炭素、窒化物、酸化物、リンを用いることができる。具体的には、Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｂ４Ｃ，ＢＮ，ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＮ，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，Ｐを用いることが好ましい。コアを形成する材料を無機物質とすることにより、従来のスパッタ法、蒸着、結晶成長などの確立されたプロセスが利用可能であり、熱や外力に強い構造とすることができる。有機物の例としては、ポリマー、低分子化合物を用いることができる。具体的には、各種レジスト材料、ポリイミド、ビニル系高分子を用いることができる。有機物を用いることにより、Ｘ線の吸収による伝搬損失を小さくすることができる。気体、真空であれば、この損失をさらに低減することができ好ましい。
【００３７】
また周期構造を形成する材料として、通常の半導体プロセスとは異なる、自己組織的な形成メカニズムにより作製される材料を用いてもよい。この例として、界面活性剤等または両親媒性物質の自己集合により形成されるメソ構造体膜があげられる。本発明における周期構造体は、このメソ構造体膜が好ましく用いられる。以下にこの内容について記述する。
【００３８】
（４−１）メソ構造体膜について
多孔質材料は、ＩＵＰＡＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｕｎｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）によって、その孔径により分類されており、孔径が２−５０ｎｍの多孔質材料は、メソポーラスに分類される。近年、このメソポーラス材料についての研究が盛んに行われ、界面活性剤の集合体を鋳型とすることで、径の揃ったメソ孔が規則的に配列した構造を得ることが可能になっている。本発明のコアの多孔質材料は、平均細孔径が２ｎｍ以上５０ｎｍ以下のメソポーラス材料を用いることが好ましい。
【００３９】
本明細書中において、メソ構造体膜は、（Ａ）メソポーラス膜、（Ｂ）メソポーラス膜の孔が主に有機化合物で充填されたもの、（Ｃ）ラメラ構造を持つメソ構造体膜、を含む。
【００４０】
以下に、それぞれについて詳細な説明を行う。
【００４１】
（Ａ）メソポーラス膜
メソポーラス膜は、孔径が２−５０ｎｍの多孔質材料からなる膜である。壁部の材料は、製造可能性、周期構造体を屈折率実部が異なる物質より構成するという観点から、酸化物を用いることができる。酸化物としては、酸化ケイ素、酸化スズ、酸化ジルコニア、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化タングステン、酸化ハフニウム、酸化亜鉛を用いることが好ましい。これらの物質は、たとえば１０ｋｅＶのＸ線に対し、全て０．９９９９９７以下の屈折率実部を持ち、以降に記載する有機物（同、０．９９９９９８程度の屈折率実部を持つ）や空気（同、ほぼ１の屈折率実部を持つ）と周期構造体を構成した際に、屈折率実部が異なる物質より構成される周期構造体を形成することができる。上述の酸化物は、その骨格中に有機成分が含まれていてよい。壁部の表面は、必要に応じて化学修飾されていてよい。たとえば、水の吸着を抑制するために、疎水性の修飾基により修飾してもよい。
【００４２】
メソポーラス膜の作製法は、特に制限されるものではないが、たとえば、以下の方法で作製することができる。集合体が鋳型として機能する両親媒性物質を含む溶液に、無機酸化物の前駆体を加え、成膜を行い、無機酸化物の生成反応を進行させる。その後に、鋳型分子を除去することにより、多孔質材料とする。
【００４３】
この両親媒性物質は、界面活性剤を用いることが好ましい。界面活性剤分子としては、イオン性、非イオン性の界面活性剤を用いることができる。このイオン性界面活性剤としては、例えば、トリメチルアルキルアンモニウムイオンのハロゲン化物塩を用いることができる。このアルキル鎖は炭素数で１０以上２２以下であることが好ましい。非イオン性の界面活性剤としては、ポリエチレングリコールを親水基として含むものを用いることができる。ポリエチレングリコールを親水基として含む界面活性剤としては、例えば、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール−ポリエチレングリコールのブロックコポリマーを用いることが好ましい。ポリエチレングリコールアルキルエーテルのこのアルキル鎖の鎖長は炭素数で１０以上２２以下が好ましく、ポリエチレングリコールの繰返し数は、２以上５０以下が好ましい。この疎水基、親水基を変化させることにより構造周期を変化させることが可能である。一般的に疎水基、親水基を分子量の大きなものとすることにより孔径を拡大することが可能である。また、界面活性剤に加えて、構造周期を調整するための添加物を加えてもよい。この構造周期を調整するための添加物としては、疎水性物質を用いることができる。この疎水性物質としては、アルカン類、親水性基を含まない芳香族化合物を用いることができ、具体的には、オクタンを用いることができる。
【００４４】
無機酸化物の前駆体としては、ケイ素や金属元素のアルコキサイド、塩化物を用いることができる。具体的には、Ｓｉ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｓｎのアルコキサイド、塩化物を用いることができる。アルコキサイドとしては、メトキサイド、エトキサイド、プロポキサイド、または、その一部がアルキル基に置換されたものを用いることができる。
【００４５】
製膜法としては、ディップコート法、スピンコート法、水熱合成法を用いることができる。
【００４６】
鋳型分子の除去方法としては、焼成、抽出、紫外線照射、オゾン処理を用いることができる。
【００４７】
（Ｂ）メソポーラス膜の孔が主に有機化合物で充填されたもの
壁部の材料については、（Ａ）の項に記載したものと同様のものを使用することができる。孔を充填する物質については、有機化合物を主とするものであれば特に制限されるものではない。この「主」の意味としては、体積比で５０％以上を意味する。この有機化合物の例としては、界面活性剤や、分子集合体の形成機能を有する部位が、壁部を形成する材料または壁部を形成する材料の前駆体と結合している材料が挙げられる。この界面活性剤の例としては、（Ａ）の項で記載した界面活性剤を挙げることができる。また分子集合体の形成機能を有する部位が、壁部を形成する材料、または、壁部を形成する材料の前駆体と結合している材料の例としては、アルキル基を有するアルコキシシラン、アルキル基を有するオリゴシロキサン化合物を挙げることができる。このアルキル鎖の鎖長は、炭素数で１０以上２２以下が好ましい。
【００４８】
孔の内部には、必要に応じて、または、使用する材料、工程の結果として有機溶媒、塩等が含まれていてよい。この有機溶媒の例としては、アルコール、エーテル、炭化水素が挙げられる。
【００４９】
メソポーラス膜の孔が主に有機化合物で充填されたものの作製法は、特に制限されるものではないが、たとえば、（Ａ）の項に記載したメソポーラス膜の作製法の鋳型の除去以前の工程を挙げることができる。
【００５０】
（Ｃ）ラメラ構造を持つメソ構造体膜
本発明のメソ構造体膜には、（Ａ）、（Ｂ）に加えてラメラ構造のメソ構造体膜を含む。このメソ構造体膜は、（Ｂ）に記載した壁部の材料と、同じく（Ｂ）に記載した孔を充填する物質からなるラメラ構造を有する。これらの二種類の材料（物質）は、所望の特性を得るために、必要に応じて化学結合によって結合されていても良い。この結合されているラメラ構造の化合物の例としては、トリアルコキシアルキルシランを挙げることができる。
【００５１】
（５）封止部材について
本発明の周期共鳴Ｘ線導波路は、上述の特徴を有するＸ線導波路であり、かつ図１に示すように、コア１００１のうち、クラッド１００２及び１００３と接触していない部位の表面に封止部材１００４を有することを特徴とする。ここでいう封止部材とは、構造周期を有する多層膜材料、もしくは構造周期を有する多孔質材料からなるコアを、外環境から遮断する機能を有する。
【００５２】
封止部材を形成する材料は、上述の機能を有するものであれば特に制限は無い。具体的には、ベリリウム、アルミニウムなどの金属類、酸化ケイ素、酸化スズ、酸化ジルコニア、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ベリリウム、酸化アルミニウム、酸化タングステン、酸化ハフニウム、酸化亜鉛などの無機酸化物類、エポキシ樹脂、ポリプロピレン樹脂などの有機物類などが挙げられる。また、例えば樹脂材料からなる薄膜の表面にアルミニウム等の金属材料が蒸着されたような複合材料も好ましく使用できる。
【００５３】
上記封止部材は、コアを外環境から遮断するのに十分な厚さで形成する。バリア性にのみ注目した場合は、封止部材は厚ければ厚いほど効果的である。しかし、Ｘ線の導波経路上に封止部材が存在する場合、封止部材の厚さの増加に伴い、封止部材において吸収されるＸ線の量も大きくなる。そのため封止部材は、コアを外環境から遮断することだけでなく、封止部材の吸収によるＸ線の減衰も考慮した上で、目的に応じた最適な厚さとする必要がある。
【００５４】
本発明の周期共鳴Ｘ線導波路においては、コア部に入射したＸ線とコアに含まれる周期構造との相互作用が、出射Ｘ線のモード選択性を決定づける。そのため、コア中で吸収されるＸ線の量は出来る限り小さいことが好ましい。特にコア部に多孔質材料を含む構成の場合、コア中の空孔部が空気で満たされた状況において、空孔部の空気によるＸ線の吸収が、封止部材におけるＸ線の吸収よりも小さいことが求められる。これを以下の式（７）に示す。
αａｉｒ×Ｌ＜αｓ１×ｔ１＋αｓ２×ｔ２      式（７）
ここでαａｉｒは空気のＸ線吸収係数、αｓ１は導波路入射側に形成した封止部材のＸ線吸収係数、αｓ２は導波路出射側に形成した封止部材のＸ線吸収係数、ＬはＸ線の導波方向の導波路のコア部の長さ、ｔ１は導波路入射側に形成した封止部材の厚さ、ｔ２は導波路出射側に形成した封止部材の厚さをそれぞれ示す。
【００５５】
以下、具体例として８ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線に対して機能する周期共鳴Ｘ線導波路（コア材料：メソポーラスシリカ、導波路長：２ｍｍ）について、封止部材を形成した場合について説明する。なお、Ｘ線はコアの端面部から入射し、コア部を導波後、反対側のコア端面部から出射する導波路構成とする。
【００５６】
まず、本発明の封止部材が形成されておらずメソ細孔中を乾燥空気が満たすと仮定した場合、式（１）における左辺を計算すると、０．００２３となる。
【００５７】
この周期共鳴Ｘ線導波路において、入射部・出射部の各々について、封止部材として厚さ５００ｎｍのアルミニウムを用いてコアを外環境から遮断した場合、式（１）における右辺を計算すると、０．０１２９となる。これらの二つの値の関係は、式（１）の条件を満たしているので、周期共鳴Ｘ線導波路としての機能を十分に有しつつ、コアを外環境から遮断する構成となっている。
【００５８】
本発明における封止部材の形成方法には特に制限は無く、既存の各種方法を用いることができる。具体的には、あらかじめ用意した薄膜状の封止部材を対象となる部位に接着する方法、封止部材の前駆体となる材料を含む溶液状もしくはゲル状の材料を対象となる部位に塗布・乾燥して封止部材を形成する方法、封止部材を構成する元素を蒸着源とした真空蒸着やスパッタリング等の真空成膜法により対象となる部位に封止部材を形成する方法などが挙げられるが、これらに限定されない。また、本発明における封止部材は、コアとクラッドが接していない部位の表面を外環境から遮断するように覆っていることが必要であるが、コア部上のみに形成されていても、図１（Ａ）に示すようにクラッド上にまでわたって形成されていても良い。また、図１（Ｂ）に示すように、覆う範囲をさらに広げて、クラッド部まで含めて周期共鳴Ｘ線導波路全体を封止部材が覆っている構成でもよい。このような構成にすることで、コアだけでなく、クラッドを構成する材料の吸湿や酸化も抑制することができる。
【００５９】
本発明の周期共鳴Ｘ線導波路のうち、特にコアに多孔質材料を含む構成においては、水分子の吸着による密度変化だけでなく、多孔質材料部の規則構造が損なわれることによる構造周期の変化も、導波路の特性を変化させる要因である。具体例としては、コアに２次元周期構造からなるメソポーラスシリカ構造を含む構成の場合、過度に高温高湿な環境に曝露された際に、メソポーラスシリカ構造部が経時により徐々に膜厚方向に構造収縮を起こし、部分的に構造周期が崩れることがある。これは、図１（Ｃ）に示すように、封止部材がコアに含まれる多孔質部の空孔内部に侵入している箇所がある構成とすることによって抑制することができる。このような構成では、封止部材が多孔質部に対する構造支持体として機能するため、多孔質部における構造周期の変化を抑制することができる。また図１（Ｃ）に示すような構成にすることで、コアに含まれる多孔質部と封止部材との実効的な接合面積も大きくなるため、封止部材のはく離なども抑制される効果がある。
【００６０】
本発明の周期共鳴Ｘ線導波路において、コアが多孔質材料から構成される場合には、封止部材によって外環境から遮断されたコアの空孔部は、水分子等の吸着種が極力少ない状態が好ましく、真空状態にあることが理論上は最も好ましい。しかし、封止部材でコアの空孔部を真空環境に保つことは、現実的には極めて困難である。そのため、空孔部には、乾燥空気、乾燥窒素、乾燥不活性ガス等で満たされることが好ましい。
【００６１】
本発明の周期共鳴Ｘ線導波路に対して、周期共鳴Ｘ線導波モードを形成するための波長を含むＸ線光源を適切な入射角の位置に配置することにより、高い伝搬効率で位相の揃ったＸ線を出射可能な、Ｘ線導波光学系（Ｘ線導波システム）が得られる。
【実施例】
【００６２】
以下、本発明の実施の一形態について述べる。
【００６３】
（実施例１）
本実施例では、本発明の図１（Ａ）の構成を持つ周期共鳴Ｘ線導波路を作製する。なお、使用するＸ線の波長は８ＫｅＶ、Ｘ線の導波路長は２ｍｍとして作製した。本実施例の周期共鳴Ｘ線導波路は、Ｓｉ基板１０００上に、タングステンからなる下部クラッド１００２、コア１００１、上部クラッド１００３から形成されている。コア１００１はアルミニウムとカーボンが交互に積層した多層膜である。本実施例のＸ線導波路の製造過程について、以下説明する。
【００６４】
（１）下部クラッドの形成
Ｓｉ基板１０００上に、タングステンからなる下部クラッド１００２をスパッタ法により厚さおよそ１５ｎｍで成膜する。
【００６５】
（２）コアの形成
スパッタ法により、カーボンからなる厚さ１２ｎｍの膜と、アルミニウムからなる厚さ４ｎｍの膜が交互に積層された周期構造からなるコア１００１を形成する。その周期数は５０で、周期は１６ｎｍである。実際にはコアの最上部と最下部は高屈折率実部をもつカーボンの膜で構成されている。
【００６６】
（３）上部クラッドの形成
コア１００１の上面にタングステンからなる上部クラッド１００３を形成する。このクラッドは、スパッタ法により厚さおよそ１５ｎｍで成膜した。以上より、基本となる周期共鳴Ｘ線導波路が得られた
（４）封止部材の形成
次に、上記で得られた周期共鳴Ｘ線導波路において、クラッドと接していない全てのコア端面に対して、アルミニウム薄膜からなる封止部材１００４を５００ｎｍの厚さで真空蒸着法により形成した。
【００６７】
以上により得られた、封止部材を有する周期共鳴Ｘ線導波路は、本文中の式（１）において、左辺が０、右辺が０．０１２９となるため、式（１）の条件を満たしている。
【００６８】
この素子を、温度６０℃・相対湿度９５％の高温高湿環境に１０００時間暴露したが、曝露前後で導波路端面からのＸ線の透過率に変化は見られなかった。これは本発明の封止部材の形成により、コア中のアルミニウムの酸化が抑制された効果による。
【００６９】
一方で、本実施例１において、封止部材を形成していない周期共鳴Ｘ線導波路を上記と同様の高温高湿環境に１０００時間曝露した結果、曝露前後で周期共鳴Ｘ線導波路におけるＸ線の透過率が、約１０％減少していた。これは、上記の高温高湿環境という極端な環境下で、コア中のアルミニウムの一部が酸化されて体積変化が起きた結果、コア内部におけるアルミニウム・カーボン間界面の平坦性が低下したことによる構造周期性の低下による。
【００７０】
（実施例２）
本実施例では、本発明の図１（Ａ）の構成を持つ周期共鳴Ｘ線導波路を作製する。なお、使用するＸ線の波長は８ＫｅＶ、Ｘ線の導波路長は２ｍｍとして作製した。本実施例の周期共鳴Ｘ線導波路は、Ｓｉ基板１０００上に、タングステンからなる下部クラッド１００２、コア１００１、上部クラッド１００３から形成されている。コア１００１は２次元構造を有するメソポーラスシリカ膜である。このメソポーラスシリカ膜は、シリンダー状の細孔が２次元的に配列し、膜厚方向に周期構造を形成している。本実施例のＸ線導波路の製造過程について、以下説明する。
【００７１】
（１）下部クラッドの形成
Ｓｉ基板１０００上に、タングステンからなる下部クラッド１００２をスパッタ法により厚さおよそ１５ｎｍで成膜する。
【００７２】
（２）コアの形成（メソポーラスシリカ膜の作製）
（２−１）メソ構造体膜の前駆体溶液調製
二次元ヘキサゴナル構造を持つメソポーラスシリカ膜からなるコア１００１は、ディップコート法で調製される。メソ構造体の前駆体溶液は、エタノール、０．０１Ｍ塩酸、テトラエトキシシランを加え２０分間混合した溶液にブロックポリマーのエタノール溶液を加え、３時間攪拌することで調製される。ブロックポリマーとしては、エチレンオキサイド（２０）プロピレンオキサイド（７０）エチレンオキサイド（２０）（カッコ内は、各ブロックの繰り返し数）を使用することが可能である。混合比（モル比）は、テトラエトキシシラン：１．０、塩酸：０．００１１、エタノール：５．２、ブロックポリマー：０．００９６、エタノール：３．５、水：６．０とする。溶液は、膜厚調整の目的で適宜希釈して使用する。
【００７３】
（２−２）メソ構造体膜の製膜
（１）で下部クラッド１００２を形成した基板を洗浄後、ディップコート装置を用いて０．５ｍｍｓ−１の引き上げ速度でディップコートを行う。製膜後、メソ構造体膜は、２５℃、相対湿度４０％の恒温恒湿槽で２週間、８０℃で２４時間保持される。調整されたメソ構造体膜の、ブラッグ−ブレンターノ配置をもちいたＸ線回折分析から、このメソ構造体膜は、基板面の法線方向に高い秩序性をもち、その面間隔、つまり閉じ込め方向における周期が、１０ｎｍであることが確認された。その膜厚はおよそ５００ｎｍである。なお、前述のように、このメソ構造体膜は有機物が充填された孔が２次元的に配列し、膜厚方向に周期構造を形成している。
【００７４】
（２−３）メソ構造体膜の多孔質化
前項（２−２）で作製したメソ構造体膜について、８０℃の条件下、エタノールを用いた溶媒抽出法を用いることにより、膜中の細孔に充填していた有機物を抽出除去し、シリンダー状の細孔が２次元的に配列したメソポーラスシリカ膜を得た。
【００７５】
（３）上部クラッドの形成
メソポーラスシリカ膜を含むコア１００１の上面にタングステンからなる上部クラッド１００３を形成する。このクラッドは、スパッタ法により厚さおよそ１５ｎｍで成膜した。以上より、基本となる周期共鳴Ｘ線導波路が得られた。
【００７６】
（４）封止部材の形成
次に、厚さ２００ｎｍのアルミニウムを表面に蒸着した厚さ１０μｍのポリプロピレンフィルムを用いて、アルミニウム面が上記周期共鳴Ｘ線導波路のコアと接する向きで熱圧着を施し、周期共鳴Ｘ線導波路に封止部材１００４を形成した。以上により得られた、封止部材を有する周期共鳴Ｘ線導波路では、本文中の式（１）における左辺は０．００２３、右辺は０．０１２となり、式（１）の条件を満たしている。また、この周期共鳴Ｘ線導波路においてコアと封止部材が接している箇所について、断面ＳＥＭにより構造を詳細に観察したところ、図１（Ｃ）に示すような、コアにおけるシリンダー状の細孔の端部から細孔内部に向かって、封止部材の内面にあるアルミニウムが侵入している箇所が多数確認された。
【００７７】
この素子を、温度６０℃・相対湿度９５％の高温高湿環境に曝露した状態でＸ線の導波特性を測定したところ、曝露前と曝露中で周期共鳴Ｘ線導波路におけるＸ線の出射角に変化は見られなかった。これは本発明の封止部材の形成により、コアの細孔中への水分子などの吸着源の侵入が抑制された効果による。
【００７８】
一方で、本実施例２において、封止部材を形成していない周期共鳴Ｘ線導波路を上記と同様の高温高湿環境に曝露した状態でＸ線の導波特性を測定したところ、曝露前に０．４４４°であったＸ線の出射角が、曝露中には０．４５４°へ変化していた。これは、コアに含まれる細孔中に、高湿環境下において水分子が多量に吸着したことによる屈折率実部の変化が原因である。
【００７９】
（実施例３）
実施例２と同様の手法により、２次元構造を有するメソポーラスシリカをコアとする周期共鳴Ｘ線導波路を作製した。
【００８０】
次に、上記で得られた周期共鳴Ｘ線導波路において、クラッドと接していない全てのコア端面に対して、アルミニウム薄膜からなる封止部材１００４を５００ｎｍの厚さで真空蒸着法により形成した。
【００８１】
以上により得られた、封止部材を有する周期共鳴Ｘ線導波路は、本文中で記載したように、式（１）の条件を満たしている。また、この周期共鳴Ｘ線導波路においてコアと封止部材が接している箇所について、断面ＳＥＭにより構造を詳細に観察したところ、図１（Ｃ）に示すような、コアにおけるシリンダー状の細孔の端部から細孔内部に向かって、封止部材であるアルミニウムが侵入している箇所が多数確認された。
【００８２】
この素子を、温度６０℃・相対湿度９５％の高温高湿環境に１０００時間暴露したが、曝露前後で周期共鳴Ｘ線導波路におけるＸ線の透過率に変化は見られなかった。これは本発明の封止部材の形成により、コア中への水分子などの吸着源の侵入が抑制され、かつコアを形成するメソポーラスシリカに対して封止部材が構造支持体として機能した効果による。
【００８３】
一方で、本実施例３において、封止部材を形成していない周期共鳴Ｘ線導波路を上記と同様の高温高湿環境に１０００時間曝露した結果、曝露前後で周期共鳴Ｘ線導波路におけるＸ線の透過率が、約１０％減少していた。
【００８４】
これは、高温高湿環境に曝露した結果、コアを形成するメソポーラスシリカ膜において、シリカ壁の加水分解反応等が進行したことによる、コアの構造周期性の低下による。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明のＸ線導波路は、Ｘ線を用いた撮像、露光、分析等におけるＸ線光学系に用いられる部品等に利用することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１０００  基板
１００１  コア
１００２  下部クラッド
１００３  上部クラッド
１００４  封止部材
２００１  コア
２００２，２００３  クラッド
２００７  クラッドとコアの界面における全反射臨界角
２００８  ブラッグ角
２００９  単位構造中の物質界面における全反射臨界角
【図１】
2013117445.tif 000009
【図２】
2013117445.tif 000010
【図３】
2013117445.tif 000011